新能源汽車電池技術存在的問題與對策

劉海鵬

(煙臺船舶工業學校，山東煙臺 264006)

0 前言

根據我國的相關規定，新能源汽車電池的質保周期至少需要滿足8年的使用壽命或者12萬公里及以上的行駛里程。隨著我國科學技術水平的提升，新能源電池的研發和使用也出現了全新的變革，電池的使用壽命已大幅超過了國家規定的相關標準。近年來，我國正加緊研發更具性價比的電池，并取得顯著成效，進一步提升了新能源汽車的發展速度。

1 新能源汽車電池技術研究背景

新能源汽車的主要動力來源是電池。目前，按電池原理劃分，可分為化學電池、物理電池及生物電池3種類型。按電池的主要化學材料可劃分為以下3種：①磷酸鐵鋰電池。這類電池的生產成本較低，使用時間較長，目前在售的許多新能源汽車中均使用了該電池，但是該電池的耐低溫性能較弱，受區域、季節的影響較大。②三元鋰電池。與磷酸鐵鋰電池相比，這類電池的能量密度較高，電池性能更優，但在高溫環境下該電池經常會出現熱穩定性較差的情況，當電池溫度達到200 ℃以上時，電解液會在短時間內燃燒，甚至會出現爆燃的可能，容易出現安全隱患。③石墨烯電池。這類電池材料的堅固性較好，對使用環境溫度的要求并不嚴格，但是該電池的生產成本極高，目前并非所有種類的新能源汽車都能夠使用。總之，隨著我國新能源汽車電池技術的不斷發展，我國電池技術也隨之呈現出快速發展的態勢[1]。

近年來，新能源汽車在汽車與能源領域受到了重點關注，新能源汽車的出現逐步改變了消費者選購汽車的標準和消費觀念。隨著新能源汽車的上市，市場上出現了不同的評價。一部分消費者認為新能源汽車是世界各國保護生態環境、節約資源的產物，能夠有效改善城市環境，提升環保力度。還有部分消費者則認為新能源汽車現有的動力水平較低，其運行穩定性較差，且新能源汽車充電時間較長、續航能力較差，使用過程中的養護工作較為復雜，總體駕駛體驗不理想；此外，消費者還必須到配裝有充電樁的指定地點為新能源汽車充電，但是充電樁在我國一些城市尚未完全普及，這些客觀存在的因素都嚴重影響了新能源汽車電池的推廣和使用。在理論上，新能源汽車電池的使用年限為5～7年，但新能源汽車電池的成本約占車輛總成本的80%，因此，消費者更換電池的成本與更換汽車并無較大差異，這也導致了消費者購買新能源汽車的欲望不強。為了進一步推動新能源汽車產業的發展，需要對電池的性能、使用壽命、續航能力等進行深入研究，提升新能源汽車的性價比。

2 新能源汽車電池技術存在的問題

2.1 安全性

結合新能源汽車的配置，對車輛的駕駛性能進行分析。新能源汽車運行的關鍵因素是行駛能力，其次是運行階段的穩定性和安全性。在傳統新能源汽車的研發與使用階段，電池是影響其穩定性和安全性的主要因素，也是導致新能源汽車在市場營銷中是否可以取得良好市場份額的主要因素。例如，三元鋰電池的出現和應用能夠有效解決電池潛在的危險，并延長了電池的使用時間，曾受到眾多生產企業和技術人員的青睞。雖然該電池具有續航能力強的特點，但其穩定性較弱，在早期上市的搭載了該電池的新能源汽車經常出現安全問題，影響了車輛的正常使用，從而導致眾多消費者放棄對電動汽車的選購。因此，新能源汽車的生產企業和技術人員需要進一步加大對新能源電池的研發工作，降低電池在使用過程中存在的風險。

2.2 續航能力

在新能源汽車電池研發過程中，汽車的續航能力始終是重點研究課題之一。寧德時代公司是全球領先的電池供應商之一，該公司研發的“超級電池”具有自我修復功能，且使用壽命較長，能夠實現15年以上的“超長待機”，或者能夠滿足車輛運行2 000 000 km的行駛里程。結合該企業發布的相關信息可知，“超級電池”通過抑制鋰電池充放電環節的副反應，延長了電池的使用壽命，并且可與其他的三元鋰電池及磷酸鐵鋰電池通用[2]。這種電池在行業內頗受關注的主要原因是該電池具有自休眠鈍化膜技術，在存儲階段電池的活性不斷降低；若電池處于休眠狀態，其自身的消耗水平將處于極低的狀態；而在使用階段，又可將其激活，進一步加強了正極材料循環和存儲階段的消極反應。該公司在電池研發階段還采用了低鋰耗技術，能夠進一步增強電池內部的負極材料活性與表面穩定性之間的協同關系，減少電池內部運行中活性鋰消耗，有效延長了電池使用壽命。寧德時代公司運用了負極防電解技術，結合電池的運行方式，對不同生命周期的電池內成膜需求進行計算，增強了電池內部的循環性與存儲的功能。可以通過研究寧德時代生產的“超級電池”，對電池的正極、負極、電解液等進行優化，進一步加強電池的穩定性。

2.3 充電速度

現階段，純電動新能源汽車的續航能力、總行駛里程問題基本上得到了解決。但是在新能源汽車領域的跨越式發展中，需要將新能源汽車的性能與燃油車進行對比。新能源汽車發展的“痛點”是電池的充電速度。新能源汽車在行駛一段時間后，往往需要花費1～4 h進行充電，與燃油車加滿燃油僅消耗3～5 min的時間相比，新能源汽車的劣勢較為明顯。2019年，中國新能源汽車行業用戶滿意度指數測評結果顯示，純電動汽車電池故障發生次數約為120次，同比增加了8%[3]。此外，消費者對新能源汽車電池的損耗狀況也較為關注，這也是影響消費者評判和選擇新能源汽車的主要因素。為解決上述問題，各生產企業在聚焦電池原材料的同時，也積極解決充電時間過長的問題，并加大了“超級快充電池”的研發力度 。例如，廣汽新能源汽車公司研發的石墨烯電池，就是基于廣汽三維結構石墨烯(3DG)材料的“超級快充電池”。目前該電池已順利完成了電芯、模組，以及電池包樣件的測試，并完成了構建裝車大功率工作狀態的測試。測試結果表明，此類電池已達到了國家要求的標準，耗時8 min便能夠完成80%的電池充電量，與燃油汽車加注燃油的時間差距逐漸縮短。若石墨烯電池可以實現大規模量產，則將促使新能源汽車動力電池產業的巨大變革。

隨著新能源汽車技術的不斷提升，新能源汽車電池能夠滿足行駛需求，并能夠降低汽車在運行階段的廢氣排放。新能源汽車還可以使用清潔能源作為電力來源，為環境保護、資源節約作出貢獻。

3 新能源汽車電池技術的發展方向

3.1 改善電池容量性能，提高續航里程

結合目前新能源汽車的使用與銷售狀況，由于動力電池自身壽命較短，汽車在使用過程中動力水平會呈現下降趨勢，而新能源汽車因電機種類不同，所展現出來的動力水平也各有所不同，這也是新能源汽車在市場中銷售業績不佳的主要原因。國內外加大了對新能源汽車電池的研發力度，以促進新能源電池存儲能力和續航能力的提升，進一步縮短了與傳統發動機的性能差距。目前，電池壽命的研發工作逐步趨向商業化，如果該項工作能夠取得較好的成果，將為企業帶來良好的經濟效益。新研發的新能源汽車電池產品投入實際運用后，可以進一步延長電池的使用周期，降低用戶的使用成本，為新能源汽車的發展營造良好的口碑。

針對新能源汽車的電池能量存儲、續航里程等問題，需要通過發熱材料的熱能傳遞，改變電池的容量進行優化。相關文獻指出，當電池的溫度較低時，電池的續航能力、穩定性經常出現較大的波動。因此，應當選擇耐低溫，且具有良好穩定性能的電池材料，確保電池在使用過程中具有較好的安全性[4]。

企業還可以通過廢舊電池的循環利用技術，進一步提高動力電池的回收率，增強新能源汽車的保值率，使新能源汽車在市場營銷和發展中獲得良好的口碑，實現新能源汽車的經濟效益和社會效益。

3.2 優化電池裝配技術，提高電池生產質量

在新能源汽車電池研發和使用的過程中，優化裝配技術是增強電池穩定性的關鍵。現階段，需要對傳統的工藝形式進行優化，以確保電池裝配技術能夠穩定和規范發展。例如，我國新能源電池生產企業需要加強與汽車整車生產企業的聯系，互相協調、互相完善，強化電池組件的標準化生產技術。新能源電池生產企業也需要進一步加強對電池質量的監管，結合設備運行特點分析電池在運轉階段散熱風扇出現的振動等問題，確保電池在使用階段能夠展現出穩定性及流暢性的特征。在新技術運用的過程中，我國企業也應積極與國外企業合作，學習國外先進的生產加工技術，并將其轉化為具有中國特色的技術形式，為我國新能源汽車生產和加工提供技術支持。

3.3 加強技術推廣，確保電池安全

新能源汽車在我國的發展勢頭良好。進一步提升電池的性能和質量，加大對新能源汽車電池技術的推廣和應用，也將促進我國新能源汽車產業的發展與升級。新能源汽車生產企業在電池研發過程中相互合作，開放一部分電池業務，并借助資源共享的平臺優勢，能夠降低企業在研發和生產階段的壓力[5]，助力行業健康穩定發展，實現產業集群化與規模化的理想效應。例如，傳統電池生產的工序有滾壓和分切2個部分，在技術升級之后，企業可整合這2個部分的工藝，形成統一的生產模式。在技術創新的大環境下，企業之間互相合作和交流，動力電池的集約化程度不斷提高，加快新能源汽車的產業升級，促進新能源汽車領域的常態化、長效化發展。

4 結語

新能源汽車在一定程度上代表了汽車領域的先進水平，汽車電池對汽車的性能、質量具有十分深遠的影響。本文分析了新能源汽車電池技術在現階段存在的問題，提出了針對性的對策，提供給技術人員進行進一步深化研究。同時，對電池性能加以優化，實現良好的使用效果，將助力我國新能源汽車領域的快速發展。